一種雷射波長合束器的製造方法
2023-05-21 07:26:51 1
一種雷射波長合束器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種雷射波長合束器，包括多路雷射波長輸入信號、多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、耦合透鏡以及底座，其特徵在於：多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、耦合透鏡分別固定在底座上，輸入端為多路雷射波長輸入信號，每路雷射波長輸入信號對應一個光束整形、一個光柵或者膜片，每路雷射波長輸入信號分別通過光束整形，形成準直光，經過各自光柵或者膜片以後，使得多路波長的雷射在空間上重合、疊加，最後通過耦合透鏡，耦合入輸出光纖。本發明通過膜片或者光柵的方式，在較小空間內，使得不同波長雷射耦合入同一光纖內。該發明，體積小、可靠性高，能夠在保證高光束質量的基礎上，實現高功率雷射合束。
【專利說明】一種雷射波長合束器
【技術領域】:
[0001]本發明屬於光纖雷射器【技術領域】，涉及一種高功率雷射波長合束器，用於將多個不同波長雷射器輸入的信號，合成為一個輸出，達到提高光纖雷射器輸出功率、同時保證光束質量的目的。
技術背景:
[0002]光纖雷射器是繼傳統氣體雷射器和固體雷射器後的第三代新型雷射器，具有結構緊湊、壽命長、免維護、光束質量好、節能環保等優點，已成功應用於機械加工、醫療、汽車製造及軍事等領域。隨著其應用領域的不斷拓展，如汽車製造、傳播製造等行業中厚金屬板的雷射器切割和焊接，希望光纖雷射器的輸出功率達到數千瓦至數十千瓦。
[0003]雖然目前單根光纖的輸出功率已經突破2000W，但僅限於實驗室水平，且由於摻雜光纖內的非線性效應以及熱損傷等物理機制的限制，單根光纖輸出功率的進一步提升將非常困難，目前成熟的單個光纖雷射器功率單元一般功率在1500W左右。
[0004]為提高光纖雷射器的輸出功率，這就需要將多個光纖雷射器功率單元合為一束輸出，主要有相干合成和非相干合成兩種方法。光纖雷射器的相干合成結構較為複雜，且不易調節，可靠性、穩定性不佳，目前國內外報導實現最高功率僅為數千瓦，不適合應用於高功率光纖雷射器產品中。光纖雷射器的非相干合成，已經商用的合成技術是功率合成，其通過把數根雷射束通過熔融拉錐，成為一束，再與單根光纖熔接，該方法簡單可靠，也能實現高功率輸出，但是無法保證較高的光束質量。
[0005]本發明客服了相干合成功率不高、穩定性差，功率合成光束質量差等缺陷問題，實現了多束雷射，高功率、高光束質量合成。
【發明內容】
:
[0006]本發明的目的為了克服現有技術存在的缺陷和問題，提供一種用於光纖雷射器功率合成的雷射波長合束器，本發明的輸入端為多路不同波長的雷射信號，通過光學整形，形成準直光，多路準直光，經過各自光柵或者膜片以後，使得不同波長的雷射在空間上重合、疊加，最後通過光束整形，耦合入輸出光纖。本發明通過膜片或者光柵的方式，在較小空間內，使得不同波長雷射耦合入同一光纖內。該發明，體積小、可靠性高，能夠在保證高光束質量的基礎上，實現高功率雷射合束。
[0007]—種雷射波長合束器，包括多路雷射波長輸入信號、多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、耦合透鏡以及底座，其特徵在於:多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、稱合透鏡分別固定在底座上，輸入端為多路雷射波長輸入信號，每路雷射波長輸入信號對應一個光束整形、一個光柵或者膜片，每路雷射波長輸入信號分別通過光束整形，形成準直光，經過各自光柵或者膜片以後，使得多路波長的雷射在空間上重合、疊加，最後通過率禹合透鏡，I禹合入輸出光纖。
[0008]所述多路雷射波長輸入信號為光纖輸入、半導體單管輸入或半導體Bar條輸入，經過光束整形以後，形成準直光輸入。
[0009]所述多路雷射波長輸入信號為不同波長雷射的輸入信號。
[0010]所述輸出光纖的尾端熔接一段端帽，該端帽一端與光纖熔接，另外一端呈圓弧型，使得雷射能夠準直輸出。
[0011]所述膜片表面鍍膜,該膜層對其對應的輸入波長透射,對其他波長反射。
[0012]所述光柵對其對應的輸入波長透射,對其他波長反射。
[0013]所述輸出光纖為單包層光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、多芯光纖、光纖束或者有源光纖。
[0014]所述的基座的材料為娃化招材料。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0015]圖1是本發明實施例提供的的主視圖。
[0016]圖2是本發明的端帽製作的示意圖。
[0017]圖3是本發明的膜片鍍膜反射曲線圖。
[0018]圖4是波長合成以後，波長與功率曲線圖。
[0019]圖5a、圖5b分別是輸入雷射的光束質量不意圖。
[0020]圖6a、圖6b分別是輸出雷射的光束質量不意圖。
【具體實施方式】:
[0021]如圖1所示，一種雷射波長合束器，包括四路雷射波長輸入信號、四個光柵或者膜片1、四個光束整形2、輸出光纖4、耦合透鏡3以及底座，其特徵在於:四個光柵或者膜片1、四個光束整形2、輸出光纖4、耦合透鏡3分別固定在底座上，輸入端為四路雷射波長輸入信號，每路雷射波長輸入信號對應一個光束整形2、一個光柵或者膜片1，每路雷射波長輸入信號分別通過光束整形2，形成準直光，經過各自光柵或者膜片I以後，使得四路波長的雷射在空間上重合、疊加，最後通過耦合透鏡3，耦合入輸出光纖4。
[0022]以輸入雷射為3路的光纖信號為例,其製備方法如下:
[0023]1、3路輸入雷射波長分別為:1070nm、1080nm、1090nm，輸出光纖為纖芯直徑20um、包層直徑400um的雙包層光纖，NA=0.07，輸出雷射光束質量M2〈1.2。
[0024]2、如圖2所示，將輸入光纖尾部熔接一段直徑1.5_，長度在4_8mm左右，純石英材料的端帽，端帽一端磨球面，鍍AR膜，使得20-400雷射從該端帽出射後形成準直雷射；該準直光腰斑直徑2_左右。通過選用不同的端帽，來控制光束的工作距離與光斑直徑。
[0025]3、膜片材料為純石英材料,厚度為2_，大小為6_x6mm,該膜片兩面拋光,然後一段鍍AR膜，另外一面鍍膜要求，在對于波長投射，在其他兩個波長反射，如圖3所示，入射光為1080+/-lnm波長，該膜層在1080nm透射率>99.9%,在1070nm與1090nm，反射率大於99.9% ；
[0026]4、經過3次反射以後，最後3束波長的雷射在空間上合為一束，最後通過一個透鏡，透鏡對於3束波長均投射，透鏡使得光束I禹合入輸出光纖，輸出光纖直徑為25um, NA=0.08,包層為400um。波長合成以後，波長與功率曲線如圖4所示。
[0027]5、以上各個部件，固定於同一基座上，該基座為矽化鋁材料，表面鍍金，下面通過加水冷，使得散熱更加可靠。
[0028]基於該方法，我們已經成功實現3束500W雷射如圖5a、圖5b所示，耦合入單根25-400光纖內如圖6a、圖6b所示，輸出功率1500W，效率大於96.5%，光束質量M2〈l.7。
[0029]以上鍍膜，鍍膜面表面需要精細拋光，表面粗糙鍍小於0.5nm，鍍膜採用離子濺射鍍膜，表面損傷閾值高於20J/cm2
[0030]以上光纖端帽出射束腰直徑一般在2_4mm,端帽製作後,對光束質量畸變小於4%以內。
[0031]輸出光纖採用以上同樣方案製作的端帽，使得雷射直接耦合入光纖內，耦合效率聞於98%以上。
【權利要求】
1.一種雷射波長合束器，包括多路雷射波長輸入信號、多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、I禹合透鏡以及底座，其特徵在於:多個光柵或者膜片、多個光束整形、輸出光纖、耦合透鏡分別固定在底座上，輸入端為多路雷射波長輸入信號，每路雷射波長輸入信號對應一個光束整形、一個光柵或者膜片，每路雷射波長輸入信號分別通過光束整形，形成準直光，經過各自光柵或者膜片以後，使得多路波長的雷射在空間上重合、疊加，最後通過耦合透鏡，稱合入輸出光纖。
2.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述多路雷射波長輸入信號為光纖輸入、半導體單管輸入或半導體Bar條輸入,經過光束整形以後，形成準直光輸入。
3.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述多路雷射波長輸入信號為不同波長雷射的輸入信號。
4.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述輸出光纖的尾端熔接一段端帽，該端帽一端與光纖熔接，另外一端呈圓弧型，使得雷射能夠準直輸出。
5.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述膜片表面鍍膜，該膜層對其對應的輸入波長透射，對其他波長反射。
6.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述光柵對其對應的輸入波長透射，對其他波長反射。
7.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述輸出光纖為單包層光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、多芯光纖、光纖束或者有源光纖。
8.如權利要求1所述的雷射波長合束器，其特徵在於:所述的基座的材料為矽化鋁材料。
【文檔編號】H01S3/10GK103472546SQ201310446517
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】施建宏, 閆大鵬, 李成 申請人:武漢銳科光纖雷射器技術有限責任公司